時(shí)間延遲的關(guān)系為:空間距離每增加30cm為Ins的時(shí)間延遲；
[0050]調(diào)節(jié)第一束探測光10相對于栗浦光9的時(shí)間延遲1\為100-150ns，本實(shí)施例中，1\為130ns，調(diào)節(jié)兩束探測光之間的時(shí)間延遲T 2為8.5ns ；
[0051 ] 13)從低能量開始，如從20J/cm2能量密度開始，逐步增加栗浦光9激光能量，直至熔石英基板7發(fā)生損傷，并立即停止；
[0052]14)長工作距離顯微鏡8采用暗場照明方式獲取經(jīng)照射后的熔石英基板的圖像，兩束探測光的圖像均由同一個長工作距離顯微鏡8捕獲，獲得的兩幅圖像疊加在一起，從而獲得噴射粒子在同一位置、設(shè)定時(shí)間間隔的圖像，粒子由于快速飛行，在兩束探測光曝光時(shí)間內(nèi)將出現(xiàn)在不同位置。長工作距離顯微鏡8采用圖像觸發(fā)模式進(jìn)行拍照:當(dāng)熔石英基板7損傷時(shí)，暗場圖像中噴射粒子和等離子體圖像的灰度值大于觸發(fā)閾值，長工作距離顯微鏡8拍照，觸發(fā)閾值為1024。
[0053]③比較圖像上噴射粒子的差異，根據(jù)圖像處理技術(shù)獲得粒子的長度和位置信息，獲取噴射粒子行為，包括噴射粒子的噴射方向、噴射速度和等效尺寸，具體為:
[0054]21)在圖2中，自熔石英基板界面a至圖像邊界的1/3起，獲得該區(qū)域噴射粒子c在第一束探測光10下捕獲的圖像，采用圖像處理技術(shù)依據(jù)直線飛行中的拖影效應(yīng)，獲取在脈寬Tm=8.5ns曝光時(shí)間下產(chǎn)生的拖影圖像其后端邊緣中心位置(Xll，，yil，)、中心位置(Xll，yu)、前端邊緣中心位置(xwyu,,)、噴射角度θ 1、在噴射方向上的長度Ru與噴射方向垂直方向上的寬度du，其中Θ JP Ru*后端邊緣中心位置和前端邊緣中心位置計(jì)算得到；
[0055]22)在噴射角度Θ i上尋找另一噴射粒子d，該噴射粒子d即噴射粒子c在第二束探測光11下的圖像，獲取在脈寬TM= 8.5ns曝光時(shí)間下產(chǎn)生的拖影圖像其后端邊緣中心位置(xl2,，yl2,)、中心位置(xl2，yl2)、前端邊緣中心位置(xl2”，yl2,,)、在噴射方向上的長度Rl2與噴射方向垂直方向上的寬度dl2，其中Rl2由后端邊緣中心位置和前端邊緣中心位置計(jì)算得到；
[0056]23)在噴射角度Θ ，根據(jù)噴射粒子i i的前端邊緣中心位置(χ u”，yir0和噴射粒子i2的后端邊緣中心位置(χ l2，，yl2，)，計(jì)算出無探測光區(qū)域在噴射方向上的長度Ri12:
[0057]Ril22= (x ir-^ir)2+(jiv'-lir)2..,
[0058]24)計(jì)算同一噴射粒子在不同曝光時(shí)間下的平均飛行速度:
[0059]vn= (R n+Ri^/^oo+Tz), vl2= (R l2+Rll2)/(T00+T2)；
[0060]25)計(jì)算同一噴射粒子在不同曝光時(shí)間下、在噴射角度Θ 的等效長度和等效直徑:
[0061]d01= (R/2, de2= (R i2_Rii2) /2
[0062]rn2= d n2+de2, riZ2= d iZ2+de2
[0063]其中，de1、de2為等效長度，r u、rl2為等效直徑；
[0064]26)比較和vi2，判斷同一粒子在不同時(shí)間下的速度是否發(fā)生變化，若vu= vi2，同一粒子在不同曝光時(shí)間下的速度相等，若兩速度不同，同一粒子在不同曝光時(shí)間內(nèi)的速度發(fā)生改變；比較屯和d 12、(101和d e2，判斷同一粒子在飛行中是否發(fā)生翻轉(zhuǎn)。
[0065]采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行噴射粒子c和噴射粒子d的圖像信息提取時(shí)，利用圖像最小可識別灰度獲得噴射粒子的長度和位置信息，兩個粒子采用不同的圖像識別灰度，其中，其中噴射粒子c最小可識別灰度值giU為粒子灰度值最強(qiáng)處g iH1的50%，噴射粒子d最小可識別灰度值gm為粒子灰度值最強(qiáng)處g lH2的50%。50%是根據(jù)激光脈寬T。。是由激光峰值能量的半高全寬決定；不同粒子設(shè)定不同的最小可識別灰度值，將減少每個粒子因光照條件和空間位置不同而在暗場下導(dǎo)致散射光強(qiáng)度的差異。
[0066]上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，該方法用于透射型光學(xué)基板在發(fā)生激光損傷后粒子噴射行為的診斷和捕獲，其特征在于，該方法包括以下步驟: ①基于栗浦探測技術(shù)，建立包含一臺納秒脈沖激光器的微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)； ②根據(jù)所述雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)獲取噴射粒子在同一位置、設(shè)定時(shí)間間隔的圖像； ③比較圖像上噴射粒子的差異，根據(jù)圖像處理技術(shù)獲得粒子的長度和位置信息，獲取噴射粒子行為，包括噴射粒子的噴射方向、噴射速度和等效尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)包括一納秒脈沖激光器、一 1064nm波長透射、532nm波長反射的反射鏡、一半透半反鏡、三寬角度反射鏡和一長工作距離顯微鏡，該雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)工作時(shí)，納秒脈沖激光器同時(shí)輸出栗浦光、第一束探測光和第二束探測光，所述栗浦光經(jīng)反射鏡后照射在透射型光學(xué)基板上，所述第一束探測光依次經(jīng)反射鏡、半透半反鏡、一寬角度反射鏡后照射在透射型光學(xué)基板上，所述第二束探測光依次經(jīng)反射鏡、半透半反鏡、另兩寬角度反射鏡后照射在透射型光學(xué)基板上，長工作距離顯微鏡采用暗場照明方式獲取經(jīng)照射后的透射型光學(xué)基板的圖像。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述步驟②具體為: 11)納秒脈沖激光器同時(shí)輸出栗浦光、第一束探測光和第二束探測光，所述栗浦光為脈寬T。為10ns的1064nm激光，所述第一束探測光和第二束探測光均為脈寬T。。為8.5ns的532nm激光，第一束探測光和第二束探測光同為P偏振態(tài)光； 12)通過調(diào)節(jié)第一束探測光和第二束探測光到達(dá)透射型光學(xué)基板的空間距離，調(diào)節(jié)第一束探測光相對于栗浦光的時(shí)間延遲，以及兩束探測光之間的時(shí)間延遲； 13)從低能量開始，逐步增加栗浦光激光能量，直至透射型光學(xué)基板發(fā)生損傷； 14)長工作距離顯微鏡采用暗場照明方式獲取經(jīng)照射后的透射型光學(xué)基板的圖像，兩束探測光的圖像均由同一個長工作距離顯微鏡捕獲，獲得的兩幅圖像疊加在一起，從而獲得噴射粒子在同一位置、設(shè)定時(shí)間間隔的圖像。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述步驟12)中，空間距離與時(shí)間延遲的關(guān)系為:空間距離每增加30cm為Ins的時(shí)間延遲。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述步驟12)中，調(diào)節(jié)第一束探測光相對于栗浦光的時(shí)間延遲!\為100-150ns，調(diào)節(jié)兩束探測光之間的時(shí)間延遲!~2為8.5nsο6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述步驟14)中，長工作距離顯微鏡采用圖像觸發(fā)模式進(jìn)行拍照:當(dāng)透射型光學(xué)基板損傷時(shí)，暗場圖像中噴射粒子和等離子體圖像的灰度值大于觸發(fā)閾值，長工作距離顯微鏡拍照，所述觸發(fā)閾值為1024。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述第一束探測光和第二束探測光的入射角度的差異不超過±5°。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述步驟③具體為: 21)在圖像中，獲得某個噴射粒子^在第一束探測光下捕獲的圖像，采用圖像處理技術(shù)依據(jù)直線飛行中的拖影效應(yīng)，獲取在脈寬TM= 8.5ns曝光時(shí)間下產(chǎn)生的拖影圖像其后端邊緣中心位置(Xn.dn，)、中心位置(Xndn)、前端邊緣中心位置(Xu，，，yir，)、噴射角度Θ 1、在噴射方向上的長度Ru與噴射方向垂直方向上的寬度d 11； 22)在噴射角度Θi上尋找另一噴射粒子i 2，該噴射粒子i2即噴射粒子i i在第二束探測光下的圖像，采用圖像處理技術(shù)獲取在脈寬TM= 8.5ns曝光時(shí)間下產(chǎn)生的拖影圖像其后端邊緣中心位置(xl2，，yl2，)、中心位置(xl2，yl2)、前端邊緣中心位置(χι2”，yl2”)、在噴射方向上的長度Rl2與噴射方向垂直方向上的寬度d 12； 23)在噴射角度Θ，根據(jù)噴射粒子i i的前端邊緣中心位置(X u”，yir0和噴射粒子i2的后端邊緣中心位置(X l2，，yl2，)，計(jì)算出無探測光區(qū)域在噴射方向上的長度Ri12:Rh22= (χ 24)計(jì)算噴射粒子在不同曝光時(shí)間下的平均飛行速度:Vn= (Rn+Ri^/^oo+Tz) , vl2= (Rl2+Rll2)/(T00+T2)； 25)計(jì)算噴射粒子在不同曝光時(shí)間下、在噴射角度Θi上的等效長度和等效直徑:dei= (R n-Rll2)/2, de2= (Rl2-Rll2)/22— 1 2 , 1 2 2— 1 2,1 2rii — d u +αθ，ri2 — d i2 +αθ 其中，de1、de2為等效長度，r u、rl2為等效直徑； 26)比較Vll和vl2，判斷同一粒子在不同時(shí)間下的速度是否發(fā)生變化；比較乜和d 12、(101和d e2，判斷同一粒子在飛行中是否發(fā)生翻轉(zhuǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述圖像處理技術(shù)利用圖像最小可識別灰度獲得噴射粒子的長度和位置信息，所述圖像最小可識別灰度的值為粒子最大灰度值g ^的50%。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，其特征在于，所述透射型光學(xué)基板為熔石英基板。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光損傷初期材料噴射行為的診斷方法，該方法用于透射型光學(xué)基板在發(fā)生激光損傷后粒子噴射行為的診斷和捕獲，該方法包括以下步驟：①基于泵浦探測技術(shù)，建立包含一臺納秒脈沖激光器的微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)；②根據(jù)所述雙探測光單相機(jī)成像系統(tǒng)獲取噴射粒子在同一位置、設(shè)定時(shí)間間隔的圖像；③比較圖像上噴射粒子的差異，根據(jù)圖像處理技術(shù)獲得粒子的長度和位置信息，獲取噴射粒子行為，包括噴射粒子的噴射方向、噴射速度和等效尺寸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可靠性高、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N21/88
【公開號】CN105424712
【申請?zhí)枴緾N201510906667
【發(fā)明人】馬彬, 王可, 張莉, 陸夢蕾, 焦宏飛, 程鑫彬, 王占山
【申請人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日